第三章光刻工藝技術(shù)-wenkub
2022-11-05 09:19:09 本頁面
【正文】 的 MTF 大于CMTF，則 有可能被分辨。光刻膠的靈敏度越高，曝光過程越快，因此對一個給定的曝光強(qiáng)度，所需的曝光時間將越短。理想情況下，抑制劑應(yīng)完全阻止光刻膠的任何溶解，而 感光劑 則產(chǎn)生一個無限大的溶解速率。正光刻膠的分辨率往往是最好的，因此在 IC 制造中應(yīng)用更為普遍。微電子學(xué)使用的光敏化合物稱作光刻膠或光 阻 。焦深（ Depth Of FocusDOF）用來描述成像所能容忍的離焦范圍。 2, 177。 由于物鏡數(shù)值孔徑大小的限制，不能收集到所有高級次的衍射 光，而要使物體成像，物鏡系統(tǒng)起碼要收集到光掩模圖形衍射的零級光和一級光。由此可知： NA 越大， 物 鏡收集衍射光的級次就越高（ ?m 越大），另外，還可以通過增加介質(zhì)折射率 n 的方法來增加數(shù)值孔徑NA（如后面提到的浸沒式光刻）。 光刻系統(tǒng)中有兩個重要的指標(biāo)用以表征光刻成像質(zhì)量：分辨率和焦深。 1, 177。投影式曝光技術(shù)中由于硅片和掩膜版沒有接觸，從而避免了由于接觸引入的 工藝缺陷，同時掩膜版的利用率得以提高，因此，該曝光技術(shù)成為了目前光刻技術(shù)的主流。第 三 章 光刻工藝技術(shù) 光刻的本質(zhì)在于將掩膜版上的圖形復(fù)制到要進(jìn)行刻蝕和離子注入的硅片上，作為半導(dǎo)體及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和進(jìn)步的關(guān)鍵技術(shù)之一 ， 光刻一方面被認(rèn)為是半導(dǎo)體制 造業(yè)發(fā)展的瓶頸，另一方面它卻作為推動者，支撐著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。下面介紹投影式曝光技術(shù)中的光學(xué)成像原理： 圖 投影式曝光示意圖 光是一種電磁波，具有波動性。 2, 177。首先討論兩個重要參數(shù)：數(shù)值孔徑（ NA）和相干系數(shù)（ σ）。 光的空間相干系數(shù) σ 說明了投影物鏡表面被光源占據(jù)的程度，如圖 所示， σ＝ sinδ/sin? = NAC/NAO () 其中 NAC 和 NAO 分別為聚焦物鏡和投影物鏡的數(shù)值孔徑。隨著光掩模圖形尺寸的減小，根據(jù)布拉格定律，衍射角會變得越大，當(dāng)光掩模圖形的尺寸減小到一定程度時，物鏡系統(tǒng)不能收集到其一級衍射光，此時光掩模圖形將無法成像，因此提出了物鏡系統(tǒng)所能成像的最小線寬即分辨率（ Resolution） 的概念。 3…… )，最小線寬時： n=1，故 分辨率 R=P/2=λ/ 2sin??line/space=1:1? ,考慮到分辨率還受到光刻膠等其它因素的影響，當(dāng)介質(zhì)為 空氣時，分辨率的公式為： 1KR NA?? () 如考慮光源的相干性， 1(1 )kR NA??? ?，其中 K1 為光學(xué)系統(tǒng)的工藝因子 。根據(jù)瑞利定律 1, 焦深（ DOF）的公式如下 : 2 2()KDOF NA?? () 其中， K2 是與光 刻膠相關(guān)的常數(shù)。劃分光刻膠 的一個基本 類別是 它的極性。 IC 制造中用的光刻膠通常有三種成分，樹脂或基體材料、感光化合物（ PAC：photoactive pound） 以及可控制光刻膠機(jī)械性能（例如基體黏滯性）并使其保持液體狀態(tài)的溶劑。當(dāng)然，正如達(dá)爾文的相對論所講的，事物是相對的，理想情況下的抑制劑和 感光 劑是不存在的，抑制溶解和增強(qiáng)溶解是相對的，是一種動態(tài)平衡。分辨率是指能在光刻膠上成像出的最小特征尺寸。像對比度一樣，它給我們一個分辨率的數(shù)值。該步的目的是除去晶圓表面吸附的水分，在此溫度下，晶圓表面大概保留下一個單分子層的水。接著一個事先確定好的膠量滴在晶圓表面，吸盤上施加的轉(zhuǎn)矩使其按一個受 控的速率迅速上升到較高的旋轉(zhuǎn)速度，通常為 1000～ 5000 r/min。 膠厚和膠厚的均勻性是建立好的光刻工藝的關(guān)鍵參數(shù)。膠的厚度主要由膠的黏度和轉(zhuǎn)速決定，較高黏度和較低的轉(zhuǎn)速產(chǎn)生 較 厚的光刻膠。這一步的作用是去除光刻膠中的大部分溶劑并使膠的曝光 特性固定。軟烤之后留下的溶劑濃度一般約為初始濃度的 5%。 化學(xué)放大型光刻膠在曝光后，因尚未到達(dá)光刻膠的反應(yīng)活化能，酸根離子H+并不立刻催化相關(guān)化學(xué)反應(yīng)。幾乎所有的正性膠 都用堿性顯影劑，如 KOH 水溶液。在簡單的浸沒式顯影中通過定期（例如，在加工了一定量的圓片之后）倒空和重灌顯影液來補(bǔ)充。凝膠的深度被稱作穿透深度，在酚醛基樹脂中很小，可以忽略不計。在未曝光區(qū)，基體和 PAC 之間的偶氮結(jié)合反應(yīng)阻滯了溶解速度。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)顯影液的噴嘴對整個晶圓的 CD 均勻性有著重大影響。主要是為了移除殘余的顯影液和蒸餾水，提高抗刻蝕能力，增加附著力，減少針孔的發(fā)生，增加平坦度。 從初期的 g 線（ 436nm）、 h 線（ 406nm）光刻機(jī)到 目前主流的 i 線（ 365nm）、KrF(248 nm)和 ArF(193nm)深紫外（ DUV）光源光刻機(jī)，光刻的特征尺寸也經(jīng)歷了從微米、亞微米到納米的發(fā)展。 如 ArF(193nm)浸沒式光刻作為實(shí)現(xiàn) 65nm 和 45nm技術(shù)的解決方案被 列入 2020 年 ITRS，從而突破了光學(xué)光刻的極限。PSM 就是一種針對因衍射效應(yīng)而導(dǎo)致光刻分辨率受限的 RET 技術(shù)，其原理是利用通過掩膜的相移層與未經(jīng)相移層的光束間的相位差形成破壞性干涉，使電場振幅和向量 E 為 0，從而使光強(qiáng)度 I=0，即使兩相鄰圖像得以解析。交變型移相掩膜相比傳統(tǒng)的掩膜提高了圖形的分辨率和對比度，但同時也存在一些問題，如可能使 移 相掩膜的圖形被定義在光刻膠上；另外， 移 相掩膜也可能影響光的強(qiáng)度和相位等；而且， 掩膜版 的制備至少需要兩步圖形步驟，因此也增加了對套準(zhǔn)能力的要求 。部分光線通過衰減相移區(qū)域之后光強(qiáng)變?nèi)醪a(chǎn)生負(fù)的振幅，使得在原來圖案的邊緣處光強(qiáng)為 0，如此便提高了分辨率，如圖 。而外架型（ Outrigger）又稱次解析（ subresolution）輔助縫型。由于臨近效應(yīng)的存在，如果 直接對設(shè)計圖形進(jìn)行光罩，硅片上形成的圖形會與設(shè)計圖形有很大的區(qū)別。 光學(xué)臨近修正的方法有很多，例如增加亞分辨率散射條（ subresolution scattering bar）來改善孤立線條的光刻、增加輔助圖形（如 hammerhead）和裝飾邊（ serifs）來改善線末端縮短和 拐角圓滑 等現(xiàn)象。 另外， OPC 后的驗(yàn)證（ verific
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